Формовочные материалы, формовочные смеси

К формовочным материалам относят все материалы, которые применяют для получения форм и стержней. Различают исходные формовочные материалы и формовочные смеси. Исходные материалы бывают основными и вспомогательными. К основным относятся песок и глина, вспомогательными являются связующие и добавки.

В зависимости от назначения различают формовочные, стержневые смеси и вспомогательные составы. Пригодность смесей для форм определяется соответствующими теплофизическими, механическими, технологическими свойствами и свойствами, определяющими газообмен.

Рис.1.6. Формовочный инструмент:

1 – лопата; 2 – сито; 3 – трамбовка ручная; 4 – трамбовка пневматическая; 5 – пеньковая кисть; 6 – подъем; 7 – душники; 8 – ручной мех для продувки форм; 9 – гладилки плоские; 10 – гладилки фасонные; 11 – крючок; 12 – ложечка; 13 – ланцет

Основными теплофизическими характеристиками смесей являются их удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и коэффициент тепловой аккумуляции.

Механические свойства определяют прочность, осыпаемость, пластичность и податливость в уплотненном состоянии.

Свойствами, определяющими газообмен, являются газопроницаемость и газотворность. К технологическим свойствам смесей относятся текучесть, термохимическая усталость, негидроскопичность, выбиваемость и долговечность.

Исходные формовочные материалы

Основным исходным материалом для всех формовочных и стержневых смесей является песок. Чаще всего используют кварцевый песок, состоящий в основном из кремнезема SiO₂, обладающий высокой огнеупорностью (до 1713 ⁰С), прочностью, твердостью, термохимической устойчивостью. Недостатком этого песка является то, что при t = 575 ⁰С в нем происходят аллотропические превращения, при которых -кварц переходит в -кварц (Si_  Si_), что сопровождается увеличением объема на 2,4 %. При охлаждении происходит обратное превращение (Si_  Si_) с уменьшением объема.

В результате термических напряжений, возникающих при этом, песчинки растрескиваются и образуют пылевидный песок. Для повторного использования отработанной смеси (восстановления свойств) после каждого производственного цикла в нее вводят 3...15 % свежего кварцевого песка.

В природных кварцевых песках всегда содержится глина. В отдельных, особо ответственных случаях для формовочных смесей взамен кварцевого песка применяют цирконовый песок ZrO₂SiO₂, имеющий температуру плавления 2000 ⁰С и превосходящий кварцевый песок по термохимической устойчивости, теплопроводимости. Однако он более дорогостоящий по сравнению с кварцевым.

Глина – второй основной исходный материал в песчано-глинистых формовочных смесях. Она является связующим материалом, обеспечивающим их прочность и пластичность.

В зависимости от минералогического состава глины подразделяют на каолиновые (К), бентонитовые (Б) и полиминеральные (П).

В каолиновых глинах основным минералом является каолинит AI₂O₃2SiO₂2H₂O. При нагревании в интервале температур 350...650 ⁰С из глины удаляется кристаллизационная влага и она теряет связующие свойства.

Бентонитовые глины, основным минералом которых является монтмориллонит AI₂O₃4SiO₂H₂OnH₂O, обладают более высокой связующей способностью. По прочностным свойствам во влажном состоянии глины подразделяют на такие подгруппы: прочносвязующие (П), среднесвязующие (С) и малосвязующие (М). По прочностным свойствам в сухом состоянии глины подразделяют на прочносвязующие (І), среднесвязующие (ІІ) и малосвязующие (ІІІ) подгруппы.

По содержанию вредных примесей (Fe₂O₃, Na₂O + K₂O, CaO + + MgO) глины делят на группы с низким (Т₁), средним (Т₂) и высоким (Т₃) содержанием примесей. Чем меньше в глине примесей, тем выше ее термохимическая устойчивость.

Маркируют глины в зависимости от минералогического состава, прочностных свойств во влажном и сухом состояниях, количества вредных примесей. Так, например, БПІТ₂ означает, что глина бентонитовая, прочносвязующая во влажном и сухом состоянии, со средним содержанием примесей.

Вспомогательные материалы. Формовочные и стержневые смеси, в которых связующим является глина, обладают рядом недостатков. Для повышения прочности нужно больше глины и воды, что значительно снижает газопроницаемость, увеличивает газовыделение и пригар на отливках. Эти смеси отличаются плохими податливостью и выбиваемостью.

Для улучшения свойств смеси в нее взамен глины вводят вещества, называемые связующими. В качестве связующих используют синтетические смолы, жидкое стекло, древесный пек, канифоль и др. Кроме связующих для улучшения технологических, механических и теплофизических свойств в формовочные смеси вводят различные добавки, древесные опилки, каменноугольную пыль (для чугуна), борную кислоту, техническую мочевину, сернокислый алюминий (для магниевых сплавов) и др.